声学超构材料术语

3声学超构材料术语本文件规定了包括声子晶体、声超材料等人工微结构的声学超构材料等相关术语的定义。本文件适用于声学超构材料及其相关领域的活动。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T32005-2015电磁超材料术语GB/T3947-1996声学名词术语3基础定义3.1超构材料metamaterials一种特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺度上进行一定序构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性能。3.2声学超构材料acousticmetamaterials具备超常声学特性的一类超构材料3.3声子晶体phononiccrystal由两种以上具有不同弹性参数的材料按一定空间序构周期排列的复合人工介质形成的一种声学超构材料。4分类4.1固体弹性波超构材料solidelasticwavemetamaterials用于调控固体中弹性波的声学超构材料。4.2水声超构材料underwateracousticmetamaterials用于调控水中声波的声学超构材料。4.3空气声超构材料用于调控空气中声波的声学超构材料。4.4次声声学超构材料infrasoundmetamaterials4工作频率在20Hz以下的声学超构材料4.5超声声学超构材料ultrasonicmetamaterials工作频率在20kHz以上的声学超构材料4.6可听声超构材料audiblesoundmetamaterials工作频率在20Hz-20kHz范围的声学超构材料4.7局域共振型声学超构材料resonantacousticmetamaterials基于局域共振原理的声学超构材料4.8非局域共振型声学超构材料non-resonantacousticmetamaterials不基于局域共振原理的声学超构材料4.9线性声学超构材料linearmetamaterials具有线性动力学效应的声学超构材料4.10非线性声学超构材料nonlinearmetamaterials具有非线性动力学效应的声学超构材料4.11各向同性声学超构材料isotropicacousticmetamaterials具有各向同性的声学特性的声学超构材料4.12各向异性声学超构材料anisotropicacousticalmetamaterials具有各向异性的声学特性的声学超构材料4.13复合声学超构材料compositeacousticmetamaterials与其他材料复合的声学超构材料4.14可重构声学超构材料reconfigurableacousticmetamaterials宏观或微观结构可重构的声学超构材料4.15可编程声学超构材料programmableacousticmetamaterials利用逻辑基元对声场进行程序化调控的声学超构材料4.16微纳声学超构材料micro-scaleacousticmetamaterials微观结构的绝对尺度在微米或纳米级的声学超构材料4.17多物理场耦合型超构材料multi-physicalcoupledmetamaterials声场与其他物理场相互耦合的声学超构材料4.18吸声超构材料soundabsorptionmetamaterials能够有效控制噪声且尺寸小巧的声学超构材料。4.19隔声超构材料soundinsulationmetamaterials5能够突破质量定律有效隔绝、隔断、分离空气中传播的噪声的声学超构材料。5方法论5.1.1声学超材料微观结构microscopicstructureofmetamaterials声学超构材料在与其作用波长同数量级尺度上的结构5.1.2声学超材料宏观结构macroscopicstructureofmetamaterials声学超构材料在比其作用波长高一个或数个数量级尺度上的结构5.1.3声学超材料微纳结构nanostructureofacousticmetamaterials声学超构材料在绝对尺度上的微纳结构5.2.研究方法5.2.1.平面波展开法planewaveexpansionmethod通过布洛赫(Bloch)定理，求出特定波矢对应的本征频率，计算声学超构材料频带的方法。5.2.2.多重散射法multiplescatteringmethod指将入射到某个散射体上的入射波看成由外来入射波和被其他散射体所散射的散射波组成，通过推导各散射体的散射矩阵求解特征频率方程的方法。5.2.3.有限元法finiteelementmethod(FEM)将连续的超构材料介质离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用有限单元的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法5.2.4.边界元法boundaryelementmethod(BEM)将连续的超构材料介质的边界离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用对边界分元插值离散的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法5.2.5.时域有限差分法finitedifferencetimedomainmethod(FDTD)通过将偏微分方程转化为有限个差分方程，在给定激励、初始条件和特定边界条件下，利用差分方程推导出系统的时域响应，从而研究声波在超构材料中的传播特性。5.2.6.能带理论energybandtheory能带理论是讨论晶体（包括声学超构材料）中量子（包括声子）的状态及其运动的一种近似理论5.2.7.有效（等效）介质理论effective（equivalent）mediumtheory为了研究复杂介质的性质，而假设一种性质与多相介质在宏观平均相同的单相介质，这种假设的单相介质就称为该多相介质的“有效介质”，该理论称为有效介质理论，在很多场合也被称作等效介质理论。65.3.表征5.3.1.声学超构材料等效阻抗equivalentimpedanceofacousticmetamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的声阻抗。5.3.2.声学超构材料等效密度equivalentdensityofacousticmetamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的质量密度。5.3.3.声学超构材料等效弹性模量equivalentbulkmodulusofacousticmetamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的体弹性模5.3.4.声学超构材料等效折射率equivalentindexofacousticmetamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的折射率。6设计6.1功能基元functionalunit-cell超构材料中在微观特征（分子、原子层次）和宏观性能之间引入的具有特定功能的中间结构层次6.2结构优化structuraloptimization将声学超构材料的结构进行优化，以获取更加优良的综合性能6.3折叠folding将声学超构材料的功能基元在空间上进行折叠6.4层叠cascading将声学超构材料的不同功能基元在一维方向上分层叠加6.5分布distribution将声学超构材料的不同功能基元在二维空间上进行分布6.6耦合coupling将声学超构材料的不同功能基元在声场中进行耦合6.7周期性排布periodicarrangement声学超构材料微观结构上呈周期性排布6.8赝周期性排布pseudo-periodicarrangement声学超构材料在微观结构上的非周期性排布，在宏观上呈周期排布6.9随机排布randomarrangement声学超构材料在微观结构上的非周期性随机排布6.10超晶格排布superlatticearrangement声学超构材料在微观结构上的两种基元呈交替排列的周期性结构6.11亚波长设计subwavelengthdesign声学超构材料作用的波长远大于其宏观绝对尺度的设计6.12耦合设计couplingdesign声学超构材料中的不同功能基元在空间和频率上的耦合设计6.13阻抗设计impedancedesign设计声学超构材料的阻抗，调控其与传播介质或其他材料之间的阻抗匹配情况7应用与器件7.1应用方向7.1.1声学超构材料降噪noisereductionbyacousticmetamaterials利用声学超构材料，减少噪音对人的影响的措施7.1.2声学超构材料减振vibrationreductionbyacousticmetamaterials利用声学超构材料，通过减少激励、增加系统阻尼来减弱系统振动的措施。7.1.3声学超构材料散射scatteringofmetamaterials声波在传播中遇到超构材料时，部分声波偏离原始传播路径，从超构材料四周散播开来的现象。7.1.4声学超构材料频散dispersionofacousticmetamaterials利用超构材料调控声波，将其传播分成不同频率的几个波。7.1.5声学超构材料扩散diffusionofacousticmetamaterials利用超构材料调控声场分布，使其能量密度均匀、在各个传播方向作无规则分布。7.1.6声学超构材料指向性directivityofacousticmetamaterials受超构材料影响的声波在几何空间中的场分布7.1.7声学超构材料插入损失insertionlossofacousticmetamaterials在插入声学超构材料器件前，输送到系统中将要插入的点后某处的功率级和插入后输送到该处的功率级的差。7.1.8声学超构材料波阵面调控wavefrontcontrolbyacousticmetamaterials利用声学超构材料，任意调控具有亚波长分辨率的波阵面的形状7.2主要器件7.2.1超构消声室acousticmetamaterialanechoicchamber8由超构材料构成的，所有界面几乎能有效地吸收全部的入射声能，使得其中产生自由声场的房间。7.2.2超构消声器acousticmeta-muffler具有声学超构材料衬里的气流管道，可有效地降低气流中的噪声。7.2.3超构阻尼器meta-damper利用声学超构材料引起能量损耗的方法以减小振动幅值的装置。即减振器。7.2.4超构阻抗适配器impedancemeta-adapter利用声学超构材料使两种介质之间直接达成阻抗匹配的声学器件7.2.5超构声学黑洞metamaterialacousticblackhole基于黑洞原理构造的，具备强吸声性能的声学超构材料空间吸声体7.2.6超构波导metamaterialwaveguide由声学超构材料搭建的波导器件7.2.7超构声衬acousticmeta-liner由声学超构材料构成的具备在高速流体作用下吸声功能的声学器件7.2.8超构声学隐身acousticcloakingbymetamaterials利用声学超构材料使得声波沿着人工规划的路径传播而不发生散射现象，从而实现声学隐身的目的。7.2.9超构声透镜acousticmeta-lens由声学超构材料构成的可以对声波